Рабочая тетрадь матвед. Определение электрической прочности жидких диэлектриков

• Название: Определение электрической прочности жидких диэлектриков
• Дата: 10.11.2022
• Размер: 4.63 Mb.
• Имя файла: Рабочая тетрадь матвед.doc
• Тип: Занятие; #780255
• страница: 2 из 6

Тема: Определение температуры вспышки паров трансформаторного масла

Цель: Изучить стандартное оборудование и методику определения температуры вспышки паров трансформаторного масла и вязкости жидких электроизоляционных материалов

Общие сведения

Температурой вспышки трансформаторного масла называется та температура, при которой вспыхивает смесь паров масла с воздухом при поднесении открытого пламени. Сущность метода определения температуры вспышки в закрытом тигле заключается в определении самой низкой температуры горючего вещества, при которой, в условиях испытания над его поверхностью, образуется смесь паров и газов с воздухом, способная вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования ещё недостаточна для последующего горения. Температура вспышки характеризует испаряемость масла, дает представление о наличии в масле более или менее летучих углеводородов. Чем ниже температура вспышки, тем больше в нем летучих веществ. При нормальной работе аппаратов и трансформаторов температура вспышки постепенно возрастает вследствие улетучивания легких фракций.

Снижение температуры вспышки трансформаторного масла указывает на наличие в оборудовании дефектов, приводящих к разложению масла и образованию воспламеняющихся летучих фракций (короткозамкнутые витки, повреждение контактов и т.п.).

Существуют различные устройства по определению температуры вспышки трансформаторного масла.

В практике работы энергосистем зафиксированы единичные случаи отбраковки трансформаторного масла по температуре вспышки и они были в основном обнаружены в цистернах, поступивших для заливки во вновь вводимые виды электрооборудования.

На одной из подстанций ОАО «Чувашэнерго» в трансформаторе типа ТРДЦН 63000/220 Московского трансформаторного завода под N1345635 на 5-й отпайке РПН одной из фаз было обнаружено отклонение сопротивления по постоянному току на 3% но сравнению с другими фазами, одновременно с помощью хроматографического анализа в баке трансформатора было выявлено наличие газов метана и этилена выше нормы (0.0139 и 0,017 (% об.)), на основе которых был сделан вывод, что дефект находится именно в баке трансформатора. Вскрытие трансформатора показало, что на пятой отпайке переключателя РПН болт наполовину открутился вследствие заводского дефекта (болт на этой отпайке, как и на многих других, не был защищен замковой шайбой), а на шайбе были видны следы частичного разряда площадью около 1см². Однако температура вспышки трансформаторного масла со дня ввода в эксплуатацию данного трансформатора до его вскрытия менялась отнюдь не в сторону ее уменьшения, а наоборот, в сторону увеличения. Были и еще многочисленные примеры, когда в силовых трансформаторах обнаруживали превышение граничных значений растворенных в масле газов, таких как метан, этилен, ацетилен, водород, этан, а в последующем они подлежали вскрытию. Во всех этих случаях в трансформаторах имелись дефекты в контактных соединениях или в переключателях РПН или на шпильках выводов обмотки НН, но ни в одном из них не замечено уменьшение температуры вспышки масла.

Опыт эксплуатации позволяет констатировать, что дефекты, связанные с частичными разрядами и дефектами в контактных системах переключателей PПH трансформаторов и на шпильках выводов обмотки НН, не понижают температуру вспышки. Это объясняется тем, что растворенные в масле горючие газы, образованные вследствие дефекта в трансформаторе, незначительны по сравнению с тем количеством легких фракций, которые существуют в трансформаторном масле.

Из жидких электроизоляционных материалов наибольшее применение в электротехнике имеет трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы.

Его назначение двоякое: во–первых, оно, заполняя поры в волокнистой изоляции и промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции; во–вторых, что также весьма важно, масло улучшает отвод тепла, выделяющегося за счет потерь мощности в обмотках и сердечнике трансформатора.

Другая важная область применения трансформаторного масла – масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги; это способствует охлаждению канала дуги и быстрому ее гашению.

Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполненных вводов, некоторых типов реакторов и реостатов и других электрических аппаратов.

Одним из наиболее существенных недостатков трансформаторного масла является его горючесть. Пожарная опасность масла оценивается по температуре вспышки паров трансформаторного масла, которая должна быть не ниже + 135^оС. Установлено, что трансформаторное масло возгорается при температуре, превышающей температуру вспышки его паров не менее чем на 30^оС.

Таким образом, по температуре вспышки паров масла можно судить и о температуре возгорания масла. Поэтому, помимо того, что вспышка паров трансформаторного масла само по себе явление крайне нежелательное, так как может повлечь за собой взрыв маслонаполненного аппарата, оно является также предшественником еще более крупной аварии – возгорания масла.

Определение температуры вспышки паров трансформаторного масла проводится в соответствии с ГОСТ 6356–52, основные положения которого следующие.

• 
  Испытуемое масло перед опытом высушивается и заливается в тигель.
  
• 
  В начале опыта нагревание масла ведут со скоростью 5–8^оС в минуту. Когда же масло нагревается до температуры на 30^оС ниже предполагаемой температуры вспышки паров, скорость нагревания снижают до 2^оС в минуту.
  
• 
  При температуре масла на 10^оС ниже ожидаемой температуры вспышки начинают проводить попытки на вспышку через каждые 2^оС.
  
• 
  За температуру вспышки принимают ту температуру жидкости, при которой над поверхностью масла при поджигании появилось синее пламя.
  
• 
  После появления первой вспышки при повышенной на 2^оС температуре производят вторую попытку на вспышку. Если при этом вспышки не произойдет, то опыт следует начинать снова, если же при повторном опыте вторичного воспламенения также не произойдет, а первичное повториться, то определение считается законченным и за температуру вспышки принимается показание термометра при первой вспышке.
  
• 
  При барометрическом давлении, отличном от 760 мм рт.ст. более чем на 15 мм, следует вводить поправку, вычисленную по формуле:
  
• 
  ΔТ = 0,91•(0,1-Р)(273+Т)
  
• 
  где р – фактическое барометрическое давление в МПа•с.
  
• 
  Т – измеренная температура вспышки или воспламенения.
  
• 
  Поправку прибавляют к определенной из опыта температуре вспышки паров масла в случае, если фактическое барометрическое давление ниже 760 мм рт.ст., и высчитывают, если давление выше 760 мм рт.ст.
  

Описание лабораторной установки

Температуру вспышки легковоспламеняющихся и горючих жидкостей определяют в закрытом тигле на приборе ПВНЭ (прибор вспышки нефтепродуктов с электрическим подогревом), принципиальная схема которого представлена на рис.1.

Рис.1. Принципиальная схема прибора ПВНЭ

Прибор ПВНЭ устанавливают на специальной платформе с тремя установочными винтами. Он закрыт металлическим кожухом 1, внутри которого в центре укреплен металлический цилиндр 2, являющийся электронагревательной ванной. По боковой поверхности и по дну цилиндра, выложенным асбестом, проходит электрическая спираль, концы которой выведены к двум зажимам на наружной поверхности кожуха для подключения к сети переменного тока через регулятор напряжения - лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), позволяющий плавно изменять скорость нагревания испытуемой жидкости. Внутрь цилиндра вставлен латунный стакан 3 для испытуемого продукта. В верхней части стакана имеется риска, указывающая предел наполнения

стакана испытуемой жидкостью.

С целью более точного определения температуры вспышки прибор имеет мешалку 4 для перемешивания во время подогревания в стакане испытуемой жидкости (нижняя пара лопастей) и ее паров в смеси с воздухом (верхняя пара лопастей). Мешалка приводится во вращение гибкой передачей 5 при нажатии на рукоятку 6.

Стакан плотно закрыт крышкой 7, имеющей три отверстия трапецевидной формы. В нерабочем положении они закрываются заслонкой 8 с двумя отверстиями, соответствующими среднему и боковому отверстиям крышки. Заслонка поворачивается головкой 9 вместе с колонкой 10. В крышке имеется также два круглых отверстия для мешалки и термометра 11. На крышке в стойке на цапфах установлена горелка с фитилем 12.

При вращении головки 9 пружина, проходящая через колонку 10, поворачивает через рычаг заслонку 8, которая открывает среднее отверстие крышки 7. Когда оно откроется на 3/5 своей длины (по окружности), откроются и боковые отверстия крышки. Одновременно наклоняется в вертикальной плоскости горелка 12 с фитилем. При полном совпадении отверстий заслонки и крышки конец фитильной трубки горелки опустится в среднее отверстие до середины толщины крышки, и в этот момент на короткое время появится пламя над поверхностью жидкости. Это и есть момент вспышки. При этом термометр 11 показывает температуру вспышки испытуемой жидкости. При отпускании головки 9 заслонка и горелка автоматически возвращаются в первоначальное положение, и отверстия крышки окажутся закрытыми заслонкой.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКИ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Ознакомиться с настоящим указаниями и неукоснительно выполнять их требования.

Рассчитать температуру вспышки исследуемой жидкости, используя аналитическую зависимость (1)

Подключить нагреватель печи к сети через ЛАТР и отрегулировать скорость нагрева жидкости (5-6 ^оС/мин).

Процесс нагревания сопровождать перемешиванием жидкости мешалкой, обеспечивая частоту вращения от 90 до 120 мин^-1.

Испытания на вспышку начать проводить за 10-15 ^оС до предполагаемой температуры вспышки через 1 ^оС для жидкостей с температурой вспышки до 104 ^оС и через каждые 2 ^оС для жидкостей с температурой вспышки более 104 ^оС.

В момент испытания на вспышку перемешивание прекратить. Зажечь фитиль, открыть заслонку поворотом рукоятки пружинного механизма. В момент четкого появления пламени над поверхностью жидкости, зафиксировать показания термометра.

Определить нижний температурный предел распространения пламени, для чего необходимо подставить найденное значение температуры вспышки в формулу (2).

А наиболее просто рассчитать tвсп с использованием формулы Орманди и Грэвена в упрощенном виде:

tвсп =0,736 tкип (1)

где tкип в градусах Кельвина, а tвсп, ^оС.

Между температурой вспышки и нижним температурным пределом распространения пламени tнпрп существует зависимость

tнпрп = tвсп - c, (2)
где c = 2, если для расчета используется значение tвсп в закрытом тигле;

c = 8, если используется для расчета значение tвсп в открытом тигле.

Если при проведении исследования атмосферное давление отличалось от 101,3 кПа (760 мм рт.ст.), то в показание термометра вводят поправку на температуру, которую определяют по формуле

Dt = 0,0345 (760 - Р) (3),

где Р - барометрическое давление, мм рт.ст.

При низких давлениях поправку прибавляют, а при больших - вычитают из показаний термометра.

АСО-Т601 автоматический анализатор температуры вспышки в открытом тигле Кливленда с устройством смены проб на 6 позиций. Прибор имеет большой жидкокристаллический дисплей (8"), электрический поджигатель с проверенной точностью, нагреватель с высоким сроком службы, систему безопасного аварийного отключения с огнетушительной крышкой и встроенный принтер. Характеристики:- Соответствие стандартам ISO 2592, ASTM D 92, IP 36, ГОСТ 4333; Диапазон измерения: 80...400⁰С; Число проб: 6 в карусели; Температурный датчик: п латиновый терморезистивный в оболочке из нержавеющей стали.

Аппарат для определения температуры вспышки в открытом тигле ТВО-ЛАБ-01.

Назначение аппарата для определения температуры вспышки в открытом тигле ТВО:

Аппарат ТВО предназначен для испытания нефтепродуктов с целью определения температуры вспышки в открытом тигле по методу ГОСТ 4333 и ISO 2592. Применяется в лабораториях НПЗ, НИИ и других организациях, использующих нефтепродукты.

Технические характеристики аппарата ТВЗ:

Параметры рабочей среды:

нефтепродукты с температурой вспышки от 79°С до 360°С.

Тип фитиля: газовый или масляный. Параметры питания: переменный однофазный ток;

напряжение 220+22–33 В; частота 50±1 Гц; потребляемая мощность не более 400 Вт;

давление газа от 40 до 50 кПа (от 0,4 до 0,5 кгс/кв.см); расход газа не более 8,5 х 106 куб.м/с.

Аппарат для определения температуры вспышки в закрытом тигле.

Полуавтоматический аппарат ТВЗ-ЛАБ-01 предназначен для определения температуры вспышки в закрытом тигле по методу Пенски - Мартенса в соответствии с ГОСТ Р ЕН ИСО 2719-2008, ГОСТ 6356-75, ISO 2719, ASTM D 93 (методы A и B).

Анализатор автоматически производит нагрев тигля с образцом и перемещение испытательного пламени. Момент вспышки устанавливается визуально и регистрируется нажатием на кнопку «СТОП», при этом на дисплее отображается температура вспышки.

Особенности конструкции:

Микропроцессорный контроллер управляет работой блоков устройства, обеспечивая полную автоматизацию испытаний, за исключением детектирования вспышки.

Автоматический нагрев образца с требуемой скоростью. Возможность задания двух различных скоростей нагрева для разных температурных интервалов в течение одного эксперимента.

Система перемещения горелки обеспечивает внесение тестового пламени в полном соответствии со стандартом.

Память аппарата на 20 программ испытаний. Параметры программ могут корректироваться пользователем.

Три предустановленные программы для анализа различных продуктов: стандартный метод, быстрый оценочный поиск температуры вспышки, определение температуры вспышки по ГОСТ 9287 для растительных масел.

Запатентованная конструкция магнитной муфты мешалки (между мотором и мешалкой отсутствует механическое сцепление) гарантирует высокую надежность перемешивающего механизма, защищая привод от перегрузки при работе с высоковязкими образцами.

Газовая система аппарата обеспечивает регулирование газовых потоков даже при больших давлениях, что позволяет использовать портативные баллончики со сжиженным газом. Адаптер для подключения мини-баллонов входит в комплект поставки.

Лабораторно – практическое занятие №3

Тема: Определение электрической прочности твердых диэлектриков

Цель: Определения и исследование электрической прочности композиционных (слоистых) диэлектриков при разной форме электродов на переменном токе промышленной частоты

В литературе приводятся различные механизмы пробоя твердых диэлектриков, но при пробое твердых диэлектриков, наряду с электрическим, тепловым и электрохимическим пробоем возможны также ионизационный, электромеханический и электротермический механизмы пробоя. В чистом виде при пробое ни один из механизмов не встречался.

Электрический пробой – разрушение диэлектрика, обусловленное ударной ионизацией электронами или разрушение связей между атомами, ионами или молекулами. Происходит за время 10^-5-10^-8с.

Тепловой пробой – разрушение диэлектрика за счет прогрессирующего локального энерговыделения при протекании тока в среде.

Ионизационный пробой можно наблюдать в полимерных диэлектриках, содержащих газовые поры, в которых развиваются так называемые частичные разряды. В результате электронно-ионной бомбардировки стенок пор и действия оксидов азота и озона полимер изменяет химический состав и механически разрушается.

Электротермический пробой характерен для хрупких диэлектриков и пористых керамик. Он возникает в результате механического разрушения из-за развития микротрещин под действием разрядов в газовых включениях, которые образуют перегретые области диэлектрика.

Электромеханический пробой – механическое разрушение полимера при высоком напряжении в результате того, что полимер находится в высокоэластичном состоянии. Причиной является уменьшение толщины диэлектрика из-за электростатического притяжения электродов под действием высокого напряжения.

Электрохимический пробой – происходит при напряжениях меньших электрической прочности диэлектрика. Вызывается изменением химического состава и структуры диэлектрика в результате электрического старения. Время развития этого вида пробоя 10³-10⁸с.

Минимальное напряжение Uпр, приложенное к диэлектрику и приводящее к образованию в нем проводящего канала, называется пробивным напряжением. В зависимости от того, замыкает ли канал оба электрода, пробой может быть полным, неполным или частичным. У твердых диэлектриков возможен также поверхностный пробой, после которого повреждается поверхность материала, образуя на органических диэлектриках науглероженный след – трекинг.

Зависимость пробивного напряжения от времени приложения напряжения называют кривой жизни электрической изоляции.

Снижение Uпр от времени происходит из-за электрического старения изоляции – необратимых процессов под действием тепла, и электрического поля.

Электрической прочностью называют напряженность электрического поля при пробое изоляции в однородном электрическом поле,

Eпр= Uпр /d,
где Eпр, В/м; Uпр - пробивное напряжение, В; d – толщина диэлектрика, м.

Кроме В/м электрическую прочность часто выражают в МВ/м или КВ/м.

Для экспериментального исследования пробоя используют электроды различной формы, между которыми помещают диэлектрик. Испытания диэлектриков на пробой проводят в однородном и неоднородном электрических полях. В газообразных и жидких диэлектриках однородность поля обеспечивает обычно путем придания поверхности электродов определенной формы, например сферической с радиусом R, значительно превышающим расстояние h между их ближайшими точками или используют электроды Роговского, форма которых соответствует эквипотенциальным поверхностям и обеспечивает однородность электрического поля в средней чести между электродами.

Приблизительно однородное поле в твердых диэлектриках можно получить, если подвергнуть их механической обработке, выдавливая или высверливая в них лунки со сферической поверхностью. Такая обработка может нарушить структуру диэлектрика, поэтому необходимо контролировать качество образцов. Для установления простейших закономерностей и механизма пробоя диэлектриков этот процесс проводят в однородном и неоднородном электрических полях. Для получения неоднородного поля используют электроды типа острие-острие или острие-плоскость. Значение Uпр в неоднородном поле значительно меньше, чем в однородном из-за повышения среднего значения напряженности поля Eср= Uпр /h вблизи электрода с малым радиусом кривизны.

Поэтому на переменном токе пакет бумаги пробивается при меньших напряжениях, чем на постоянном. Этому способствует также и наличие воздушных включений, неизбежных в многослойных диэлектриках, в котором на переменном токе происходит больше разрядов в единицу времени, чем на постоянном токе. Уменьшению электрической прочности при разрядах способствуют и образующиеся при этом озон и окислы азоты, разрушающие бумагу. Этот процесс называют старением.

В зависимости электрической прочности от числа листов пропитанной конденсаторной бумаги наблюдается обычно максимум (для пакета из 6-7 листов), обусловленный наличием слабых в электрическом отношении мест в объеме диэлектрика между электродами и в самом диэлектрике. Рост Епр в таком случае можно связать с уменьшением вероятности совпадения слабых мест при увеличении числа листов в пакете. В системе контроля качества электрической изоляции получило распространение определение среднего значения пробивного напряжения и электрической прочности, а также определение разброса – разности между максимальной и минимальной измеренными величинами. Эмпирическую функцию распределения пробивных напряжений диэлектрика, целесообразно условно разбивать на три участка: область наибольшей электрической прочности, характеризующую идеальный диэлектрик и, по-видимому, мало отражающую прочность реальных материалов; область модальных значений, отражающую процессы в реальном диэлектрике с внутренне присущими ему микроскопическими дефектами; область минимальных пробивных значений, соответствующую минимальным вероятностям разрушения изоляции. Сказанное выше показывает, что модели электрической прочности, соответствующие разным частям эмпирической функции распределения, должны быть существенно различными.

Электрическая изоляция не может без вреда для себя выдерживать неограниченно высокое напряжение. Если мы будем повышать приложенное к изоляции напряжение, то, в конце концов, произойдет пробой изоляции. При этом ток проводимости, идущий через изоляцию, чрезвычайно резко возрастает, а сопротивление ее снижается, так что практически мы получаем короткое замыкание между электродами, к которым подве­дено напряжение.

Зависимость тока через изоляцию Iот напряжения U (вольтамперная характеристика изоляции) имеет точку пробоя П. Наибольшее напряжение U_пр, которое было приложено к изоляции в момент пробоя, называется пробивным напряжением изоляции.

Дальнейшие явления, имеющие место в изоляции после пробоя, определяются как характером изоляционного материала, так и мощностью источника электрической энергии. В месте пробоя возникает искра или даже электрическая дуга, которая может вызвать оплавление, обгорание, растрескивание и тому подобные изменения диэлек­трика, а также и электродов. После снятия напряжения в твердом диэлектрике может быть обнаружен след пробоя в виде пробитого (откуда и название «пробой»), проплавленного, прожженного или тому подобного отверстия, вообще говоря, неправиль­ной формы. При повторном приложении напряжения к подвергавшейся пробою твердой изоляции оказывается, что пробой по уже пробитому месту происходит, как правило, при сравнительно весьма малом напряжении. Таким образом, пробой твердой изоляции в электрической машине, аппарате, кабеле и т. п. означает аварию, выводящую данное устройство из строя и требующую серьезного ремонта. Если же пробой происходил в жидком или газообразном диэлектрике, то в силу большой подвижности частиц после снятия напряжения пробитый участок диэлектрика полностью восстанавливает свою первоначальную величину пробивного напряжения (конечно, если мощность и длительность электрической дуги не были настолько значи­тельны, чтобы вызвать существенные изменения диэлектрика во всем его объеме).

Пробивное напряжение изоляции зависит от ее толщины, т. е. от расстояния меж­ду электродами h.\ Чем толще слой данного электроизоляционного материала, тем выше его пробивное напряжение. В то же время слои одной и той же толщины из разных электроизоляционных материалов имеют весьма различные значения пробивных напряжений. Это даёт основание для введения характеристики материала, определяющей его способность противостоять пробою - электрической прочности или пробивной прочности Е_пр.

Для простейшего случая однородного электрического поля в диэлектрике можно принять:, _{ }.

Таким образом, электрическая прочность диэлектрика может рассматриваться как пробивная напряженность электрического поля, т. е. та величина напряженности поля в диэлектрике, при достижении которой происходит его пробой.

В большинстве случаев величина Е_прзависит от h, т. е. _{ }возрастает с увели­чением толщины не линейно, а медленнее. Еще более сложным оказывается вопрос об определении _{ }при неоднородном электрическом поле в изоляции

П робивная прочность высококачественных твердых диэлектриков, как правило, выше, чем жидких, и, тем более, чем газообразных диэлектриков. Поэтому, если расстояние между ближайшими друг к другу точками электродов 1 и 2по поверхности твердой изоляции ненамного превосходит кратчайшее расстояние между электродами сквозь изоляцию а, то при повышении приложенного к изоляции напряжения может произойти в первую очередь не пробой сквозь толщу изоляции (стрелка а), а поверхностный разряд или перекрытие изоляции, т. е. разряд в прилегающем к твердой изоляции слое газообразного (например, воздуха) или жидкого диэлектрика (стрелка б).

Для надежной работы любой электрической машины, аппарата или другого элек­трического устройства рабочее напряжение ее изоляции Uраб должно быть меньше пробивного напряжения. Отношение   называют коэффициентом запаса электрической прочности изоляции.

Физическая природа пробоя диэлектриков

По физической сущности развития пробоя различаются два основных, наиболее распространенных на практике, вида про­боя: тепловой и чисто электрический пробой.

Тепловой пробой связан с нагревом диэлектрика за счет диэлектрических потерь. Этот вид пробоя развивается следующим образом: когда на диэлектрик подается напряжение, в нем выделяется тепло потерь, температура его возрастает. Вследствие этого потери еще более увеличиваются, и процесс идет усили­ваясь, до тех пор, пока диэлектрик не разогреется настолько, что он будет разрушен (расплавлен, обуглен и т. п. в зависимости от природы материала) и в нем устано­вится большой ток, что, собственно, и представляет собой пробой. При этом, вообще говоря, нет надобности в том, чтобы был сильно разогрет весь объем диэлектрика: для возникновения пробоя достаточно, чтобы разогрелось какое-нибудь место диэлектрика, в котором хуже теплоотдача или удельные потери повышены, а средняя температу­ра диэлектрика может оставаться мало отличающейся от начальной.

Электрический пробойобъясняется непосредственным разрушением структуры диэлектрика силами электрического поля.

В ряде случаев встречаются явления пробоя, не укладывающиеся в рамки картин теплового и электрического пробоя, например, электрохимический пробой, вызываемый химическими изменениями в диэлектрике под действием приложенного к нему электрического напряжения (электролиз в диэлектрике, влияние озона при возникновении короны и т. п.).

В одном и том же материале при изменении условий пробоя (температуры, частоты напряжения, условий охлаждения и пр.) может наблюдаться изменение характера пробоя.

Р азличия в характере пробоя относятся лишь к развитию пробоя. После того как пробой уже произошел, дальнейшие явления (образование электрической дуги, рас­плавление, обгорание, растрескивание и т. п. материала) объясняются уже природой материала и мощностью источника электрической энергии, но не имеют связи с физи­ческим механизмом развития пробоя.

Зависимость пробивного напряжения _{ } и пробивной прочности от различных факторов

Зависимость от времениприложения напряжения. Развитие теплового про­боя требует накопления в диэлектрике тепла, на что нужно некоторое время — тем меньше, чем больше приложенное к диэлектрику напряжение. Зависимость пробивного напряжения (для теплового механизма пробоя) от времени приложения напряжения (экспозиции) tназывается «кривой жизни» изоляции.

Если мы приложим к диэлектрику напряжение U₁на промежуток времени, меньший, чем t₁, и затем снимем напряжение, то диэлектрик еще не успеет разогреться и не будет пробит. Диэлектрик способен неограниченно долго выдерживать напряже­ние, величина которого меньше, чем напряжение U_∞, к которому асимптотически стремится _{ }при увеличении времени экспозиции.

При электрическом пробое, который разви­вается практически мгновенно, нет зависимости пробивного напряжения от времени выдержки, т. е. если пробой не произошел тотчас после приложения напряжения, то диэлектрик должен выдерживать ту же величину напряже­ния длительно (если не иметь в виду пробоя крат­ковременными, порядка 0,1… 1 мксек — импуль­сами напряжения).

Отношение «импульсного» пробивного напря­жения изоляции к пробивному напряжению при медленном подъеме напряжения называется коэффициентом импульса данной электроизоля­ционной конструкции. Коэффициент импульса за­висит от формы и размеров изоляции и электро­дов и от материала диэлектрика; как правило, коэффициент импульса больше единицы.

З ависимость от температуры. При повышении температуры пробивное напряже­ние в случае теплового пробоя уменьшается. В случае же электрического пробоя _{ } от температуры обычно практически не зависит; однако у некоторых кристаллических диэлектриков и при электрическом пробое обна­руживается имеющая максимум зависимость _{ }от температуры.

Электрическая прочность гигроскопичных диэлектриков зависит также от влаж­ности, уменьшаясь при возрастании последней.
В данной лабораторной работе для исследования влияния формы электродов на пробой твердых диэлектриков используются четыре типа электродов: плоскость-плоскость (верхний электрод - торец цилиндра, представляющий собой плоскость с закругленными краями); сфера большого и малого радиуса – плоскость; острие-плоскость.

Большое практическое значение имеет задача изучения электрической прочности неоднородных, композиционных и слоистых диэлектриков. К таким диэлектрикам относится кабельная или конденсаторная бумага, пропитанная изоляционным маслом. Электрическая прочность (Епр) нескольких слоев бумаги зависит от микронеоднородностей или точечных повреждений отдельных слоев бумаги, формы электродов, площади их поверхности, а также от плотности бумаги, толщины листа и прослойки масла между листами и их диэлектрических свойств, наличия газовых включений.

Как на постоянном, так и на переменном токе Епр слоистого диэлектрика зависит от распределения напряженности электрического поля по отдельным слоям и от ионизации воздушных включений.

Простейшим слоистым диэлектриком является диэлектрик, состоящий из двух плоскопараллельных слоев с различными электрическими характеристиками. На переменном токе в каждом слое напряженность поля обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости (ε), а на постоянном – удельной электрической проводимости (γ) материала слоя. Такое распределения напряженностей определяется формулами:

E1/E2= ε 2/ε1; E 1/E2= γ 2/ γ 1

Поскольку у пропитанной маслом конденсаторной бумаги диэлектрическая проницаемость εб=4,5, а у масла εм=2,2, и, соответственно, удельная электрическая проводимость γб=10^-11 (Ом•м^)-1, γм=10^-9 (Ом•м)^-1, то в пакете из пропитанной маслом конденсаторной бумаги на переменном токе напряженность электрического поля больше в слое масла , а на постоянном - в слое бумаге.

Испытание электрической прочности изоляции переменным напряжением промышленной частоты до 10 кВ проводится на универсальной пробойной установке УПУ-1М. Выходное напряжение, измеряемое киловольтметром, разбито на диапазоны 1, 3 и 10 кВ. Изменение диапазонов измерения производится переключателем.




Электрическая схема УПУ-1М






Типы электродов

Лабораторно – практическое занятие №4